鈰改善無取向矽鋼磁性能機理研究

《鈰改善無取向矽鋼磁性能機理研究》是依託安徽工業大學，由李娜擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鈰改善無取向矽鋼磁性能機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李娜
• 依託單位：安徽工業大學

項目摘要

高磁感、低鐵損無取向矽鋼對於節能降耗意義顯著。影響磁性能的因素主要有晶粒尺寸、織構組分及夾雜物性質等，研究表明稀土在這三方面均發揮著明顯作用，對改善磁性能有益。但目前的工作，一方面研究對象大多為混合稀土，單一元素改善磁性能的機理尚不明確；另一方面並未深入探討稀土對再結晶織構的影響機理，且關於變質夾雜、調控晶粒尺寸、改善織構三者之間的相互影響關係研究也不充分。本項目針對上述問題擬開展鈰對無取向矽鋼磁性能影響機理研究。首先，採用統一的工藝製得不同鈰含量的無取向矽鋼成品，測量其磁性能，獲得鈰含量與成品磁性能的關係；其次，利用OM、SEM/EDS、TEM、EBSD等技術研究鈰在改善織構、變質夾雜、調控晶粒尺寸等方面的作用；然後，在此基礎上重點研究鈰對再結晶織構演變規律的影響，探討三者可能的耦合效應，建立相關的理論模型，揭示鈰改善無取向矽鋼磁性能的機理，為高性能無取矽鋼研發提供理論指導。

結題摘要

無取向矽鋼是電機中套用最廣泛的軟磁材料，是構成電機核心部件的關鍵材料之一，其磁性能優劣直接影響著電機效率，開發高效無取向矽鋼具有顯著的節能降耗意義。無取向矽鋼磁性能決定於鐵損和磁感兩方面，高磁感、低鐵損是良好磁性能的保證。然而，這兩者往往不能兼顧，很難同時趨優。因此，同時提高磁感和降低鐵損是高效無取向矽鋼開發過程中面臨的關鍵問題。本項目主要針對目前無取向矽鋼研究中同時提高磁感和降低鐵損存在的困難，對單一稀土元素鈰在無取向矽鋼中變質夾雜、調控組織及改善織構等方面的作用進行了較系統的研究，揭示了鈰改善磁性能的機理。結果顯示，無取向矽鋼鐵損隨鈰含量的增加先降低後升高，磁感應強度則先升高然後降低。合適的鈰含量時鐵損值最低，磁感應強度值最高，磁性能達到最佳。隨著鈰含量的增加，無取向矽鋼的平均晶粒尺寸以及有利織構組分所占比例（織構因子{100}/{111}和{100}+{110}/{111}）均先增大後減小，適量的鈰能使有利織構組分所占比例和平均晶粒尺寸達到最大值。適量的鈰顯著降低了無取向矽鋼中微細夾夾雜物（尺寸＜1μm）的數量，增加了粗大夾雜物（尺寸：2~5μm）數量；鈰使AlN、Al2O3等夾雜物變性為球狀的CeO2S2+AlN、CeS+CeAlO3和CeS+Al2O3等複合夾雜，有效抑制了鋼中MnS的析出。一方面，細小夾雜物數量降低使得晶粒長大的釘扎阻力變小，可以一定程度上充分長大，減小晶界數量從而降低磁疇轉動阻力；另一方面，球狀夾雜物與基體的界面應力集中程度小，對於磁疇轉動的阻力小，有利於磁感的提高；再一方面， MnS析出受抑制並且AlN、Al2O3等夾雜有效被變質，可促進{100}和{110}位向的晶粒長大，阻礙退火時{111}和{112}位向的晶粒在AlN、MnS等夾雜物附近優先形核，使得再結晶形核織構和長大過程中晶粒織構中有利織構所占的比例更高，而對磁性能不利的{111}面織構所占的比例更低，提高磁性能。而過量的鈰會生成過多的Ce2O2S和CeS夾雜，不但增強了晶界釘扎力，阻礙了退火時晶粒長大，而且還促使對磁性能有害的{111}位向的晶粒在其周圍優先形核，惡化了磁性能。